DE1918459C3 - Verfahren zur Herstellung von synthetischem Diopsid - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von synthetischem Diopsid aus einer calciumhaltigen und einer magnesiumhaltigen Komponente sowie SiO₂ in entsprechenden Mengenverhältnissen in Gegenwart von Wasserdampf unter Anwendung einer Hochtemperaturbrennstufe von etwa 1250⁰C. jo

In der keramischen Industrie wird außer Wollastonit auch ein dem Enstatit ähnlicher Grundstoff eingesetzt, den man durch Brennen aus Speckstein gewinnt, der etwa die Zusammensetzung

3 MgO · 4 SiO₂ · H₂O bis 4 MgO · 5 SiO₂ · H₂O

besitzt und außerdem 5—15% Verunreinigungen aufweist. Beim Erhitzen des Specksteins auf höhere Temperaturen bildet sich das Magnesiummetasilikat MgO · SiO₂ (Enstatit oder Klinoensiatit) und Christohalit. Der Christobalit ist dabei jedoch unerwünscht, weil er die Wärmefestigkeit der Massen verringert.

Die synthetische Herstellung von Diopsid als Trägermaterial für Phosphore ist bekannt. Dieses Diopsid wird aus einer naß vermahlenen Mischung aus Calciumkarbonat, Magnesiumkarbonat und Kieselsäure nach Trocknung derselben durch Brennen bei Temperaturen um 1250° C gewonnen. Das Brennen erfolgt entweder unter atmosphärischen Bedingungen oder aber in einer definierten Atmosphäre aus Wasserstoff und Dampf. Die lange Aufmahlzeit von 8—24 Stunden ist technisch sehr aufwendig und bei Massenprodukten unwirtschaftlich. Bei der Herstellung von größeren Mengen Diopsid können außerdem während der Entsäuerung der Karbonate Inhomogenitätsprobleme und Staubentwicklung durch die entweichende Kohlensäure auftreten.

Es bestand daher die Aufgabe, ein wirtschaftliches Verfahren zur Gewinnung von reinem synthetischen Diopsid zu entwickeln.

Diese Aufgabe ist durch ein Verfahren lösbar, bei welchem als Calcium- und Magnesiumkomponente gebrannter Dolomit eingesetzt wird, der zunächst mit der Kieselsäure hydrothermal bei Temperaturen oberhalb 17O⁰C, vorzugsweise oberhalb 200° C zu Hydrosilikaten umgesetzt wird, worauf diese bei Temperaturen von 1200 bis 1250° C zu Diopsid umgewandelt werden.
Nach der hydrothermalen Umsetzung

6 (CaO ■ MgO) + 12 SiO₂ + 7 H₂O

- 6 CaO · 6 SiOj · H₂O + 6 (MgO · SiO₂ · H₂O)

bildet sich ein inniges Gemisch der Hydrosilikate Xonotlit und Cerolit. Die hydrothermale Umsetzung wird bei Temperaturen oberhalb 170⁰C, besser oberhalb 200⁰C vorgenommen. Als Ausgangsstoffe verwendet man kaustisch gebrannten Dolomit und Grubenquarzsand oder andere geeignete SiO₂-Träger sowie übliche Mengen Wasser. Der gebrannte Dolomit sollte wenig-' stens 80% CaO und MgO enthalten, und das Molverhältnis von CaO zu MgO sollte zweckmäßig etwa 1 :1 betragen. Ein geringes Abweichen von diesem Molverhältnis, wie es häufig in natürlichem Dolomit vorkommt, ist jedoch nicht kritisch. Der Quarzsand wird zweckmäßig als Feinkorn eingesetzt, wodurch die Umsetzung beschleunigt wird. Die hydrothermale Umsetzung selbst kann in üblicher Weise nach dem Vorbild der Kalksandsteinhärtung und auch in den dafür üblichen Härtekesseln durchgeführt werden. Nach einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die hydrothermale Umsetzung jedoch unter gleichzeitiger Zerkleinerung beziehungsweise Mahlung des Reaktionsgemisches vorgenommen, da sich gezeigt hat, daß auf diese Weise eine weitaus schnellere Reaktion unter Bildung von Hydrosilikaten erfolgt. Man kann in diesem Falle auch normalen grobkörnigen Grubensand einsetzen.

Selbstverständlich ist es möglich, auch Dolomithydrat als Ausgangsstoff zu verwenden. Jedoch wird zweckmäßig, vor allem, wenn die hydrothermale Umsetzung unter gleichzeitiger Zerkleinerung und Mahlung erfolgt, die beim Ablöschen entstehende Wärme zur Aufheizung des Gemisches benutzt. Man wird daher zweckmäßig so vorgehen, daß man in eine gegebenenfalls mit Mahlkörpern beschickte Autoklavmühle das trockene Gemisch vorgibt und unter gleichzeitigem Mahlen nach und nach die benötigte Menge Wasser hinzufügt.

Die auf diese Weise gewonnenen Hydrosilikate werden entweder feucht pelletisiert oder als Schlamm einem Drehofen aufgegeben und bei Temperaturen zwischen 1200—1250⁰C zu Diopsid gebrannt. Das gebrannte Erzeugnis hat ein spezifisches Gewicht von 3,3 g/cm³ und einen Schmelzpunkt von etwa 1390° C.

Nach dem vorliegenden Verfahren wird Diopsid zugänglich, welches in der Natur nicht in großen Vorkommen anzutreffen ist. Lediglich in Gesellschaft mit Wollastonit tritt es in geringen Mengen auf. Es stellt für die keramische Industrie ein wertvolles Ausgangsmaterial dar und eignet sich besonders als Rohstoff für elektrische Isolatoren, weil es niedrige Brenntemperaturen ermöglicht. Die Wärmefestigkeit von Diopsid ist gegenüber dem üblichen Enstatit besser.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von synthetischem Diopsid aus einer calciumhaltigen und einer magnetsiumhaltigen Komponente sowie S1O2 in entsprechenden Mengenverhältnissen in Gegenwart von Wasserdampf unter Anwendung einer Hochtemperaturbrennstufe von etwa 1250⁰C, dadurch gekennzeichnet, daß als Calcium- und Magnesiumkomponente gebrannter Dolomit eingesetzt wird, der zunächst zusammen mit der Kieselsäure hydrothermal bei Temperaturen oberhalb 170° C, vorzugsweise oberhalb 200° C zu Hydrosilikaten umgesetzt wird, worauf diese bei Temperaturen von 1200— 1250⁰C zu Diopsid umgewandelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die hydrothermale Umsetzung unter gleichzeitiger Zerkleinerung beziehungsweise Mahlung des Reaktionsgemisches erfolgt